EP0873457A1 - Dispositif d'amortissement pour des elements d'une structure de genie civil - Google Patents

Dispositif d'amortissement pour des elements d'une structure de genie civil

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EP0873457A1
EP0873457A1 EP97900249A EP97900249A EP0873457A1 EP 0873457 A1 EP0873457 A1 EP 0873457A1 EP 97900249 A EP97900249 A EP 97900249A EP 97900249 A EP97900249 A EP 97900249A EP 0873457 A1 EP0873457 A1 EP 0873457A1
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piston
chambers
valve
pressure
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    • F16F9/50—Special means providing automatic damping adjustment, i.e. self-adjustment of damping by particular sliding movements of a valve element, other than flexions or displacement of valve discs; Special means providing self-adjustment of spring characteristics
    • F16F9/512—Means responsive to load action, i.e. static load on the damper or dynamic fluid pressure changes in the damper, e.g. due to changes in velocity

Definitions

  • Damping device for elements of a civil engineering structure Damping device for elements of a civil engineering structure.
  • the present invention relates to a connecting device between two elements of a civil engineering structure and more particularly relates to a hydraulic damping device between a first and a second element of a civil engineering structure, such as a bridge.
  • the connecting devices serve in particular to dampen the effects of an earthquake, in particular in the case of bridges, either by energy dissipation or by force transmission, during movements rapids imposed by the earthquake.
  • damping devices capable of dissipating energy during their operation during an earthquake, namely elastoplastic damping devices and oleodynamic damping devices.
  • Elastoplastic damping devices dissipate energy by alternating plasticization of a metal, generally steel, which is stressed, beyond a certain displacement, at stresses greater than the elastic limit. The performance of these devices is however quite poor and moreover they have a very limited lifespan and must be replaced after a limited number of cycles.
  • Oleodynamic or hydraulic damping devices generally consist of a jack or cylinder provided with two chambers separated by a piston. The piston is generally connected to one of the structural elements while the cylinder is fixed to the other structural element.
  • the chambers contain a fluid which can be a liquid, for example oil, or a more viscous material, for example a silicone paste.
  • the principle of oleodynamic damping devices is that during the earthquake, the flow of fluid is possible from one side to the other of the piston. The dissipation of energy is done by pressure drop and results in 1 heating of the fluid.
  • the efficiency of these oleodynamic damping devices is high, but they have a certain number of drawbacks.
  • the pressure must be as great as possible as soon as it starts to move. This rapid pressure build-up is in particular very significant when the displacement travel must be limited to low values so as not to exceed excessive stresses in certain elements of the structure, in particular the bridge piers.
  • Some devices are equipped, for this purpose, with an external pressure accumulator so as to maintain a minimum permanent pressure.
  • the piston is generally integral with a rod which passes, on either side of the piston, the bottoms of the cylinder, or jack.
  • This rod is connected to one of the two elements of the structure, and the cylinder is fixed to the other element of structure.
  • the rods are long and their diameter must be increased because of the possible buckling of the rod subjected to a great compression force. This results in an undesirable increase in the dimensions of the entire device.
  • the object of the present invention is to provide a connection device, in particular a damping device, having a high efficiency, of manufacture and simple use, of limited manufacturing cost, and the operation of which is reliable.
  • the present invention also aims to provide such a device not reproducing the aforementioned drawbacks.
  • the present invention aims to provide a connection device which allows, from an almost zero pressure in normal service, a rise in very fast pressure.
  • the present invention also aims to provide such a device which reduces or eliminates the risk of buckling of the rod and which therefore provides greater compactness of the device.
  • the present invention also aims to provide such a device which avoids the addition of one or more hydraulic circuits external to the device.
  • the present invention therefore relates to a damping device between a first and a second element of a civil engineering structure, adapted to at least partially dampen relative displacements between said first and second structural elements during rapid movements, said device comprising a cylinder fixed relative to said first structural element, defining two chambers containing a fluid product and separated by a wall, at least one movable piston capable of sliding in said fixed cylinder, said wall comprising at least one passage which connects the two chambers between them, the device comprising at least a bidirectional valve which, at rest, closes said passage and which, when the pressure in one of said chambers increases due to rapid movement of said second structural element with respect to to said first structural element, opens said passage, thus allowing the flow of fluid at high pressure from one chamber to another, said valve being urged towards its closed position by an elastic member.
  • said civil engineering structure can be a bridge and said first and second structural elements can be a abutment, a pier or a bridge deck.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an advantageous embodiment of a connecting device according to the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic view of a connecting device according to another advantageous embodiment of the invention
  • - Figure 4 shows a more detailed schematic view of the valve of the damping device according to the invention.
  • FIG. 5 shows a schematic view of a connecting device incorporating an internal expansion vessel to the device according to an advantageous embodiment of the invention.
  • the present invention relates to a connecting device, in particular a damping device, between a first structural element 10 and a second structural element 20 of a civil engineering structure, in particular a bridge and the following detailed description will be made with reference to such elements of a bridge.
  • the device for damping comprises a cylinder 30 (or jack) which is fixed relative to one of the two structural elements, for example relative to the first structural element 10.
  • This cylinder 30 defines two chambers 31, 32 containing a fluid product, advantageously oil, said chambers 31, 32 being separated by a wall 33.
  • said wall 33 comprises according to the invention, at least one passage 34 which connects the two chambers 31, 32 between them, and at least one valve 40 which, at rest, closes said passage 34 and which during an increase in pressure in one of said chambers 31, 32 due to rapid movement of said second structural element 20 relative to said first structural element 10, in particular in the event of an earthquake, opens said passage 34.
  • L The flow of fluid at high pressure from one chamber to the other is thus permitted and the damping is obtained by pressure drop which results in the heating of said fluid.
  • the invention will be described below with reference to a single passage 34 comprising a single valve 40, it being understood that any desirable number of passages and / or valves can be provided.
  • This valve 40 preferably comprises a valve piston 41 sliding in a channel 42 substantially perpendicular to said passage 34.
  • Said channel 42 like said valve piston 41 are preferably cylindrical, but the section of the channel is not necessarily constant .
  • the channel is disposed at the center of the wall 33 and passes through said passage 34 which connects the two chambers 31, 32 between them. It is closed at its ends by. plugs 49.
  • said valve 40 closes said passage 34 and, when the pressure in one of said chambers 31, 32 increases, it opens said passage 34, thus allowing the flow of fluid from one chamber to the other. other, thereby achieving the desired depreciation.
  • the valve piston 41 which seals said passage 34 in the closed position of the valve and which, in the open position, opens said passage 34, said piston 41 being urged towards its closed position by an elastic member 45
  • This elastic member 45 can advantageously be made in the form of a spring which acts on the one hand on said.
  • the spring 45 is of adjustable pressure.
  • a spacer tube 47 which serves on the one hand to support one end of the spring 45 and on the other hand to accommodate a small cylinder of material compressible such as closed cell foam, so as to allow, by compression of the air, the reduction in volume necessary to allow the displacement of the valve piston 41, in the event that fluid has penetrated into the space located in channel 42, behind piston 41.
  • a second stop member 43b is provided in the left-hand part in the figure of channel 42, which is precisely and adjustably arranged in channel 42 to end at any desired level in said passage 34, preferably in its middle.
  • the diameter of the passage 34 is reduced at this location and the amount of this reduction makes it possible to determine the damping performance desired by pressure drop of the device, as a function of the various parameters linked to the functioning of the latter, such as that in particular the maximum force and pressure, the maximum speed and the period of the earthquake, the total stroke.
  • this part of reduced diameter of the passage 34 can also be produced by means of one or more inserts
  • the channel 42 crosses the entire wall 33, but the said channel 42 can also not pass through the said wall 33 and extend only on one side of the said passage 34.
  • the valve piston 41 is substantially cylindrical or can consist of several cylindrical parts of different diameters. It has at its end which closes the passage 34 in the closed position, at least one notch 50 open on said passage 34, so that during a pressure rise in one of the chambers 31, 32, the valve piston 41 opens said passage 34, against the pressure of the spring 45, by means of the axial component of the force which is applied in said at least one notch 50.
  • said piston 41 comprises two diametrically opposite notches 50 and each open on a part of the passage 34, respectively on either side of said piston 41 when the latter closes said passage 34.
  • This piston 41 is also advantageously provided with O-rings for sliding in the channel 42 in leaktight manner and thus avoid, if possible, penetration of fluid into said channel 42.
  • the displacement or opening of the piston is preferably adjustable by means of a third abutment member 43c which limits the stroke of said piston. The position of this third stop 43c is therefore also adjustable in the channel 42.
  • means are provided (not shown) for preventing rotation of the valve piston 41, in the channel 42, with respect to its longitudinal axis.
  • These means can be of all types, such as ribs, grooves, stops, etc.
  • the operation of the valve according to the invention is as follows:
  • the fluid can advantageously circulate from one chamber to another by following the slow movements of the structure due to the temperature variation, through a small orifice 39 which connects said chambers 31, 32 together.
  • This small orifice 39 thus allows relative movement between the structural elements 10 and 20 during slow movements, and it typically has a diameter of the order of a few tenths of a millimeter. It can be formed in the wall 33 separately from the passage 34, as shown in FIG. 3, but it can also be arranged at the same level as the passage 34, for example in the form of a groove formed in a wall of said passage 34 .
  • the invention therefore relates to an oleodynamic damping device comprising a valve 40 as described above.
  • This valve 40 is adapted in particular in the damping devices known in the prior art as shown diagrammatically in FIG. 1.
  • the wall 33 forms the movable piston inside the cylinder 30 and said piston 33 is . connected via a rod 60, which passes through the two bottoms of the cylinder 30, to the second structural element 20, while the cylinder 30 is fixed to the first structural element 10.
  • the valve 40 (not shown) is in this case placed in the movable piston 33.
  • the efficiency of the known damping device is therefore greatly increased thanks to the invention but the device however still has certain drawbacks.
  • the displacements of the piston 33 result from the compression and traction forces of the rod 60. These forces can be very important, the risk of buckling of the stem exists.
  • the movable partition wall 33 With a partition wall 33, or diaphragm, fixed relative to the cylinder 30, as shown in Figures 2 and 3.
  • This fixed wall 33 can be fixed to said cylinder 30 (fig. 2), or be made in one piece with it (fig. 3 and 4).
  • the cylinder 30 is therefore fixed to the structural element 10 and the wall 33, fixed relative to said cylinder 30, defines the two chambers 31, 32.
  • said wall 33 incorporates the passage 34 and possibly the small orifice 39 described above.
  • Each chamber 31 and 32 is delimited on the side opposite to said wall 33 by a movable piston, referenced respectively 37 and 38, which moves tightly in the cylinder 30.
  • At least one of said pistons 37 and 38 is integral with the second structural element 20.
  • the piston 38 is mechanically connected to this second structural element 20, while the other movable piston 37 is integral with said first piston 38 by means of a rod 60 which passes through said partition wall 33 of the chambers .31 and 32.
  • the piston 38 of FIG. 2 can be formed by a tube which is provided at its end opposite to the chamber 32 with means, generally slightly articulated, for fixing to said second structural element 20.
  • This second structural element 20 may for example be the deck of a bridge.
  • This solution is particularly suitable when it is necessary to absorb the effects of the earthquake in the axial direction, that is to say when the structural elements 10, 20 which are to be linked, are located opposite one of the other in the direction of their movement.
  • each of the two movable pistons 37 and 38 can be constituted in the form of a tube which, on the side of its respective chamber 31 or 32, moves with leaktightness in the cylinder 30, fixed on the bridge stack 10.
  • the other end of the pistons 37 and 38 is provided for example with stops, or any articulated means, or not, which allow them to be mechanically connected to the second structural element 20.
  • the pistons 37 and 38 are in this case not connected one to the other.
  • the device In the event of an earthquake, at least one of the two pistons 37, 38 is biased and compresses the fluid in its respective chamber.
  • the partition wall 33 obviously incorporates the passage 34, the valve 40 and possibly the small orifice 39 and the operation of the damper is similar to that described above.
  • the device is very compact because the useful cross section of the piston is maximum, due to the absence of the rod.
  • the rod being replaced by tubular pistons having a much greater moment of inertia, their buckling is much less critical and it is generally not necessary to take this into account.
  • FIG. 5 Another advantageous characteristic of the invention is shown diagrammatically in FIG. 5.
  • the invention provides for providing a reservoir 70 in at least one of the movable pistons.
  • This reservoir 70 is connected to at least one of said chambers 31, 32 by a small duct 71 advantageously provided with a valve (not shown) which instantly isolates the reservoir 70 from the chamber to which it is connected when the pressure in the latter increases beyond a value fixed in advance.
  • This reservoir 70 is partially or completely filled with a compressible material 72 adapted to compress to allow expansion of said fluid product.
  • This compressible material 72 can for example be a plastic foam, for example an elastomer, compatible with the fluid product used in the device. This foam contains closed air cells and is therefore very compressible. It is therefore this reservoir 70 which plays the role of the expansion tank very effectively and which avoids any hydraulic circuit external to the device.
  • the reservoir 70 When the device is assembled, the reservoir 70 is filled with fluid just like the chambers 31 and 32. The only air contained in the reservoir is that of the foam cells 72. In normal service, the device is not subjected to any significant internal pressure. . When the temperature of the fluid increases, it expands and thanks to the orifices which connect the chamber (s) 31 and 32 to the reservoir 70 of the piston, the fluid, which is generally confined, sees its pressure increase and, consequently, compresses the air. contained in the foam cells. As the expansion of the fluid is very slow, we can consider that it is done at constant temperature. The increase in fluid volume is thus of the same order of magnitude as the compression of the air in the cells.
  • a another advantage of this embodiment is that it has neither vent nor purge, and therefore it allows the installation and operation of the device in any position.
  • the valve (not shown) which 5 is provided with the communication conduit 71 between one of the chambers 31, 32 and the reservoir 70 containing the foam, protects the latter as well as the foam against any possible deterioration when the device is operating during a earthquake, in which case the chamber pressure may reach
  • central 33 of the damper shown in Figure 1 is replaced by one or two pistons 37, 38 of tubular shape.
  • the reservoir 70 can in this case be formed inside this tube forming the piston or pistons 37 and 38, as shown in FIG. 5.
  • the embodiment of the invention which combines all of the above advantages to the maximum therefore consists of an oleodynamic damping device produced according to one of the embodiments of FIGS. 2 and 3, comprising a valve according to the invention and incorporating a
  • expansion vessel according to FIG. 5. It should be noted that the embodiment of the device shown in FIG. 4, which shows the valve 40 in more detail, relates more particularly to the embodiment of the invention shown in FIG. 3,

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Abstract

Dispositif d'amortissement entre un premier et un second élément (10, 20) d'une structure de génie civil, adapté à amortir au moins partiellement des déplacements relatifs entre lesdits premier et second éléments de structure (10, 20) lors de mouvements rapides, ledit dispositif comportant un cylindre (30) fixe par rapport audit premier élément de structure (10), définissant deux chambres (31, 32) renfermant un produit fluide et séparées par une paroi (33), au moins un piston mobile (33; 37, 38) pouvant coulisser dans ledit cylindre fixe (30), ladite paroi (33) comportant au moins un passage (34) qui relie les deux chambres (31, 32) entre elles, caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins une valve bidirectionnelle (40) qui, au repos, obture ledit passage (34) et qui, lors d'une augmentation de la presion dans l'une desdites chambres (31, 32) en raison d'un mouvement rapide dudit second élément de structure (20) par rapport audit premier élément de structure (10), ouvre ledit passage (34), permettant ainsi l'écoulement du fluide à forte pression d'une chambre à l'autre, ladite valve (40) étant sollicitée vers sa position fermée par un organe élastique (45).

Description

Dispositif d'amortissement pour des éléments d'une structure de génie civil.
La présente invention concerne un dispositif de liaison entre deux éléments d'une structure de génie civil et concerne plus particulièrement un dispositif d'amortissement hydraulique entre un premier et un second élément d'une structure de génie civil, tel qu'un pont.
Les dispositifs de liaison, et en particulier les dispositifs d'amortissement, servent notamment à amortir les effets d'un séisme, en particulier dans le cas des ponts, soit par dissipation d'énergie, soit par transmission d'effort, lors des mouvements rapides imposés par le séisme.
Il existe principalement deux types de dispositifs d'amortissement capables de dissiper de l'énergie pendant leur fonctionnement lors d'un séisme, à savoir les dispositifs d'amortissement élastoplastique et les dispositifs d'amortissement oléodynamique.
Les dispositifs d'amortissement élastoplastique dissipent l'énergie par plastification alternée d'un métal, généralement de l'acier, qui est sollicité, au-delà d'un certain déplacement, à des contraintes supérieures à la limite d'élasticité. Le rendement de ces dispositifs est toutefois assez médiocre et de plus ils ont une durée de vie très limitée et doivent être remplacés après un nombre limité de cycle . Les dispositifs d'amortissement oléodynamique ou hydraulique consistent généralement en un vérin ou cylindre muni de deux chambres séparées par un piston. Le piston est généralement relié à l'un des éléments de structure alors que le cylindre est fixé à l'autre élément de structure. Les chambres contiennent un produit fluide qui peut être un liquide, par exemple de l'huile, ou un matériau plus visqueux, par exemple une pâte de silicone. Le principe des dispositifs d'amortissement oléodynamique est que pendant le séisme, l'écoulement du fluide est possible d'un côté à l'autre du piston. La dissipation d'énergie se fait par perte de charge et se traduit par 1 'échauffement du fluide. Le rendement de ces dispositifs d'amortissement oléodynamique est élevé mais ils comportent un certain nombre d'inconvénients. Ainsi, pour que le dispositif soit efficace, la pression doit être la plus grande possible dès que celui-ci se met en mouvement. Cette montée en pression rapide est notamment très importante lorsque la course du déplacement doit être limitée à des faibles valeurs pour ne pas dépasser des contraintes excessives dans certains éléments de la structure, en particulier les piles de pont. Certains dispositifs sont munis, à cet effet, d'un accumulateur de pression externe de façon à maintenir une pression minimale permanente. Cette adjonction d'accumulateur de pression extérieure au dispositif est toutefois généralement perçu comme une complication. D'autres dispositifs sont munis d'une soupape externe de décharge qui ouvre un passage lorsque la pression interne augmente brusquement . Ces soupapes sont chères et encombrantes et sont également perçues comme une complication avec leurs circuits hydrauliques extérieurs.
Les documents US-5 347 771 et GB-1 362 409 divulguent des dispositifs comportant deux valves unidirectionnelles fonctionnant chacune dans un sens d'écoulement entre les deux chambres . Ces dispositifs compliquent la fabrication et en augmentent par conséquent les coûts. De plus, la fiabilité de fonctionnement n'est pas optimale en raison de la multiplication de pièces mobiles, et des problèmes d'étanchéité qui leur sont liés.
D'autre part, dans ce type de dispositif d'amortissement oléodynamique, il est généralement prévu un orifice de très petit diamètre permettant le passage de fluide entre les chambres et donc le mouvement du piston, à faible vitesse. Ainsi, les effets thermiques peuvent être compensés . Dans ce type de dispositif le piston est généralement solidaire d'une tige qui traverse, de part et d'autre du piston, les fonds du cylindre, ou vérin. Cette tige est reliée à l'un des deux éléments de la structure, et le cylindre est fixé à l'autre élément de structure. Dans le cas ou la course nécessaire pour le bon fonctionnement du dispositif est grande, par exemple dans les ponts de grande longueur soumis à des variations de température importantes, les tiges sont longues et leur diamètre doit être augmenté à cause du possible flambage de la tige soumise à un grand effort de compression. Il en résulte une augmentation non souhaitable des dimensions de l'ensemble du dispositif.
En outre, dans ce type de dispositif d'amortissement oléodynamique, il est nécessaire d'adjoindre un vase ou réservoir d'expansion capable d'absorber l'augmentation du volume du fluide due aux augmentations de température car, sans cette précaution, la pression interne du dispositif pourrait atteindre des valeurs très élevées. L'adjonction d'un tel réservoir extérieur au dispositif et de son circuit hydraulique associé est toutefois également perçue comme une complication.
La présente invention a pour but de fournir un dispositif de liaison, en particulier un dispositif d'amortissement, ayant un rendement élevé, de fabrication et d'utilisation simple, de coût de fabrication limité, et dont le fonctionnement est fiable.
La présente invention a également pour but de fournir un tel dispositif ne reproduisant pas les inconvénients précités. En particulier, la présente invention a pour but de fournir un dispositif de liaison qui permet, à partir d'une pression quasi nulle en service normale, une montée en pression très rapide. De plus, la présente invention a également pour but de fournir un tel dispositif qui réduit ou supprime le risque de flambage de la tige et qui fournit donc une plus grande compacité du dispositif. D'autre part la présent invention a également pour but de fournir un tel dispositif qui évite l'adjonction d'un ou plusieurs circuits hydrauliques extérieurs au dispositif.
La présente invention a donc pour objet un dispositif d'amortissement entre un premier et un second élément d'une structure de génie civil, adapté à amortir au moins partiellement des déplacements relatifs entre lesdits premier et second éléments de structure lors de mouvements rapides, ledit dispositif comportant un cylindre fixe par rapport audit premier élément de structure, définissant deux chambres renfermant un produit fluide et séparées par une paroi, au moins un piston mobile pouvant coulisser dans ledit cylindre fixe, ladite paroi comportant au moins un passage qui relie les deux chambres entre elles, le dispositif comportant au moins une valve bidirectionnelle qui, au repos, obture ledit passage et qui, lors d'une augmentation de la pression dans l'une desdites chambres en raison d'un mouvement rapide dudit second élément de structure par rapport audit premier élément de structure, ouvre ledit passage, permettant ainsi l'écoulement du fluide à forte pression d'une chambre à l'autre, ladite valve étant sollicitée vers sa position fermée par un organe élastique.
En particulier, ladite structure de génie civil peut être un pont et lesdits premier et second éléments de structure peuvent être une culée, une pile ou un tablier de pont .
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints, sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif de liaison connu entre deux éléments d'une structure de génie civil ;
- la figure 2 est une vue schématique représentant un mode de réalisation avantageux d'un dispositif de liaison selon l'invention ;
- la figure 3 représente une vue schématique d'un dispositif de liaison selon au autre mode de réalisation avantageux de l'invention ; - la figure 4 représente une vue schématique plus détaillée de la valve du dispositif d'amortissement selon l'invention ; et
- la figure 5 représente une vue schématique d'un dispositif de liaison incorporant un vase d'expansion interne au dispositif selon un mode de réalisation avantageux de l'invention.
La présente invention concerne un dispositif de liaison, en particulier un dispositif d'amortissement, entre un premier élément de structure 10 et un second élément de structure 20 d'une structure de génie civil, en particulier d'un pont et la description détaillée suivante sera réalisée en référence à de tels éléments d'un pont.
En référence à la figure 1, représentant un dispositif de liaison connu, et aux figures 2 et 3, qui représentent, deux modes de réalisation différents d'un dispositif selon l'invention et dont les avantages respectifs seront décrits ultérieurement, le dispositif d'amortissement comporte un cylindre 30 (ou vérin) qui est fixe par rapport à l'un des deux éléments de structure, par exemple par rapport au premier élément de structure 10. Ce cylindre 30 définit deux chambres 31, 32 renfermant un produit fluide, avantageusement de l'huile, lesdites chambres 31, 32 étant séparées par une paroi 33. En référence à la figure 4, ladite paroi 33 comporte selon l'invention, au moins un passage 34 qui relie les deux chambres 31, 32 entre elles, et au moins une valve 40 qui, au repos, obture ledit passage 34 et qui lors d'une augmentation de la pression dans l'une desdites chambres 31, 32 en raison d'un mouvement rapide dudit second élément de structure 20 par rapport audit premier élément de structure 10, notamment en cas de séisme, ouvre ledit passage 34. L'écoulement de fluide à forte pression d'une chambre à l'autre est ainsi permis et l'amortissement est obtenu par perte de charge qui se traduit par 1 'échauffement dudit fluide. L'invention sera ci-après décrite en référence à un seul passage 34 comportant une seule valve 40, étant entendu qu'un nombre quelconque souhaitable de passages et/ou de valves peut être prévu.
Cette valve 40 comporte de préférence un piston de valve 41 coulissant dans un canal 42 sensiblement perpendiculaire audit passage 34. Ledit canal 42, de même que ledit piston de valve 41 sont de préférence cylindriques, mais la section du canal n'est pas nécessairement constante. Avantageusement, comme visible sur la figure 4, le canal est disposé au centre de la paroi 33 et traverse ledit passage 34 qui relie les deux chambres 31, 32 entre elles. Il est obturé à ses extrémités par des. bouchons 49.
Au repos, ladite valve 40 obture ledit passage 34 et, lors d'une augmentation de la pression dans l'une desdites chambres 31, 32, elle ouvre ledit passage 34, permettant ainsi l'écoulement de fluide d'une chambre à l'autre, réalisant ainsi l'amortissement souhaité. En particulier, c'est le piston de valve 41 qui obture de manière étanche ledit passage 34 dans la position fermé de la valve et qui en position ouverte ouvre ledit passage 34, ledit piston 41 étant sollicité vers sa position fermée par un organe élastique 45. Cet organe élastique 45 peut avantageusement être réalisé sous la forme d'un ressort qui agit d'une part sur ledit . piston de valve 41 et qui est solidaire d'autre part d'un premier organe de butée 43a disposé également dans ledit canal 42 et dont la position dans ledit canal 42 peut être fixé, par exemple par vissage, en fonction de la pression souhaitée du ressort 45. Ainsi le ressort 45 est de pression réglable. Eventuellement, entre le ressort 45 et le premier organe de butée 43a, on peut prévoir dans le canal 42 un tube entretoise 47 qui sert d'une part à supporter une extrémité du ressort 45 et d'autre part à loger un petit cylindre en matériau compressible tel qu'une mousse à cellules fermées, de façon à permettre, par compression de l'air, la diminution de volume nécessaire pour permettre le déplacement du piston de valve 41, dans le cas où du fluide aurait pénétré dans l'espace situé dans le canal 42, derrière le piston 41.
On prévoit un second organe de butée 43b dans la partie de gauche sur la figure du canal 42, qui est disposé avec précision et de manière réglable dans le canal 42 pour se terminer à un quelconque niveau souhaité dans ledit passage 34, de préférence en son milieu. De cette manière, le diamètre du passage 34 est réduit à cet endroit et le montant de cette réduction permet de déterminer les performances d'amortissement souhaitées par perte de charge du dispositif, en fonction des divers paramètres liés au fonctionnement de celui-ci, tel que notamment la force et la pression maximales, la vitesse maximale et la période du séisme, la course totale. En variante, cette partie de diamètre réduit du passage 34 peut ausi être réalisée au moyen d'un ou plusieurs inserts
(non représentés) placés dans ledit passage 34 ou, par exemple, par des cylindres pleins percés d'un orifice calibré introduit latéralement dans des trous perpendiculaires auxdits passages du fluide 34. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure
4, le canal 42 traverse la totalité de la paroi 33, mais ledit canal 42 peut également n'être pas traversant dans ladite paroi 33 et ne s'étendre que d'un côté dudit passage 34.
Le piston de valve 41 est sensiblement cylindrique ou peut être constitué de plusieurs parties cylindriques de diamètres différents. Il comporte à son extrémité qui obture le passage 34 en position fermée, au moins une encoche 50 ouverte sur ledit passage 34, de sorte que lors d'une montée de pression dans l'une des chambres 31, 32, le piston de valve 41 ouvre ledit passage 34, contre la pression du ressort 45, par l'intermédiaire de la composante axiale de la force qui s'applique dans ladite au moins une encoche 50. De préférence, comme représenté sur la figure 4, ledit piston 41 comporte deux encoches 50 diamétralement opposées et chacune ouverte sur une partie du passage 34, respectivement de part et d'autre dudit piston 41 lorsque celui-ci ferme ledit passage 34. Ce piston 41 est également avantageusement muni de joints toriques d'étanchéité pour coulisser dans le canal 42 de manière étanche et ainsi éviter, si possible, une pénétration de fluide dans ledit canal 42. Le déplacement ou ouverture du piston est de préférence réglable au moyen d'un troisième organe de butée 43c qui limite la course dudit piston. La position de cette troisième butée 43c est donc également réglable dans le canal 42.
Eventuellement, on prévoit des moyens (non représentés) pour empêcher une rotation du piston de valve 41, dans le canal 42, par rapport à son axe longitudinal. Ces moyens peuvent être de tous types, tels que des nervures, rainures, butées, etc. Le fonctionnement de la valve selon l'invention est le suivant :
En fonctionnement normal, en dehors des séismes, la pression à l'intérieur du dispositif est très faible. Le fluide peut avantageusement circuler d'une chambre à l'autre en suivant les mouvements lents de la structure dûs au variation de température, à travers un petit orifice 39 qui relie lesdites chambres 31, 32 entre elles. Ce petit orifice 39 permet ainsi un déplacement relatif entre les éléments de structure 10 et 20 lors de mouvements lents, et il a typiquement un diamètre de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre. Il peut être ménagé dans la paroi 33 séparément du passage 34, comme représenté sur la figure 3, mais il peut également être disposé au même niveau que la passage 34, par exemple sous la forme d'une rainure ménagée dans une paroi dudit passage 34 . En cas de secousse sismique, la pression dans au moins une des chambres 31, 32 augmente très fortement en raison de la compression du fluide, puisque l'écoulement du fluide n'est plus possible à travers le petit orifice 39. Par conséquent, le piston de valve 41 qui est plaqué par le ressort 45 contre le bouchon 49 subit également une forte pression latérale du côté de la chambre qui est mise en pression. La force exercée par le fluide sous pression sur la surface extérieure sensiblement cylindrique du piston 41, cette force étant sensiblement perpendiculaire à celui-ci, maintient le passage 34 fermé. Toutefois la ou les encoches 50 du piston située du côté de la chambre sous pression est également soumise à une force qui elle, comporte une composante axiale dans le sens de l'axe du piston 41. Lorsque cette composante axiale est supérieure à la force du ressort 45, et éventuellement aux forces de frottement du piston 41 dans le canal 42, le piston 41 peut être déplacé contre la force du ressort. A partir de ce moment, le piston 41 s'écarte du bouchon 49 et la surface axiale soumise à la pression du fluide augmente considérablement et l'ouverture du piston 41 est obtenue rapidement permettant l'écoulement du fluide à forte pression d'une chambre à l'autre. Ainsi la valve 40 permet d'atteindre une grande pression avec un très faible déplacement, de l'ordre de quelque millimètre, ce qui améliore considérablement l'efficacité du dispositif. Lorsque le dispositif arrive en fin de course, la vitesse s'annule ainsi que la pression et la valve se referme. Le cycle décrit peut se répéter, dans les deux sens d'écoulement de fluide aussi longtemps que dure la secousse sismique. Ainsi, cette valve bidirectionnelle fonctionne dans les deux sens d'écoulement, ce qui permet de n'en prévoir qu'une seule pour un fonctionnement fiable (moins de pièces mobiles, d'organes élastiques et donc de problèmes d'étanchéité), et un coût limité.
L' invention concerne donc un dispositif d'amortissement oléodynamique comportant une valve 40 telle que décrite ci-dessus. Cette valve 40 s'adapte notamment dans les dispositifs d'amortissement connus dans l'art antérieur tels que représentés schématiquement sur la figure 1. Dans ce dispositif, la paroi 33 forme le piston mobile à l'intérieur du cylindre 30 et ledit piston 33 est . relié par l'intermédiaire d'une tige 60, qui traverse les deux fonds du cylindre 30, au second élément de structure 20, alors que le cylindre 30 est fixé sur le premier élément de structure 10. La valve 40 (non représentée) est dans ce cas placée dans le piston mobile 33. L'efficacité du dispositif d'amortissement connu est donc fortement augmentée grâce à l'invention mais le dispositif comporte toutefois toujours certains inconvénients. Ainsi comme mentionné précédemment, les déplacements du piston 33 découlent des forces de compression et de traction de la tige 60. Ces forces pouvant être très importantes, le risque de flambage de la tige existe.
Pour augmenter encore d'avantage l'efficacité du dispositif d'amortissement selon l'invention, on prévoit avantageusement de remplacer la paroi de séparation 33 mobile par une paroi de séparation 33, ou diaphragme, fixe par rapport au cylindre 30, comme représenté sur les figures 2 et 3. Cette paroi fixe 33 peut être fixée audit cylindre 30 (fig. 2), ou être réalisée d'une pièce avec celui-ci (fig. 3 et 4) . En référence plus spécifiquement à la figure 2, le cylindre 30 est donc fixé sur l'élément de structure 10 et la paroi 33, fixe par rapport audit cylindre 30, définit les deux chambres 31, 32. Bien entendu ladite paroi 33 incorpore le passage 34 et éventuellement le petit orifice 39 décrit précédemment. Chaque chambre 31 et 32 est délimitée du côté opposé à ladite paroi 33 par un piston mobile, référencé respectivement 37 et 38, qui se déplace avec étancheité dans le cylindre 30. Au moins un desdits pistons 37 et 38 est solidaire du second élément de structure 20. En l'occurrence, sur la figure 2, le piston 38 est relié mécaniquement à ce second élément de structure 20, alors que l'autre piston mobile 37 est solidaire dudit premier piston 38 par l'intermédiaire d'une tige 60 qui traverse ladite paroi de séparation 33 des chambres .31 et 32. Plus spécifiquement, le piston 38 de la figure 2 peut être formé par un tube qui est muni à son extrémité opposée à la chambre 32 de moyens, généralement légèrement articulés, de fixation audit second élément de structure 20. Ce second élément de structure 20 peut par exemple être le tablier d'un pont. L'avantage principal de cette mise en oeuvre est que la tige 60 du dispositif est seulement sollicitée en traction, éliminant dans ce cas pratiquement tout danger de flambage de cette tige, de sorte que celle-ci peut avoir une dimension minimale. 97/25497 PC17FR97/00032
Cette solution est particulièrement adaptée lorsqu'il est nécessaire d'amortir les effets du séisme dans le sens axial, c'est à dire lorsque les éléments de structure 10, 20 qui doivent être liés, se trouvent en face l'un de l'autre dans le sens de leur déplacement.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, qui représente un dispositif de liaison qui relie une pile de pont 10 à un tablier de pont 20, la tige 60 peut complètement être supprimée. A cet effet chacun des deux pistons mobiles 37 et 38 peut être constitué sous la forme d'un tube qui, du côté de sa chambre respective 31 ou 32, se déplace avec étancheité dans le cylindre 30, fixé sur la pile de pont 10. L'autre extrémité des pistons 37 et 38 est pourvue par exemple de butées, ou de quelconques moyens articulés, ou non, qui permettent de les relier mécaniquement au second élément de structure 20. Les pistons 37 et 38 ne sont dans ce cas pas reliés l'un à 1 'autre .
En cas de séisme, un au moins des deux pistons 37, 38 est sollicité et comprime le fluide de sa chambre respective. La paroi de séparation 33 incorpore évidemment le passage 34, la valve 40 et éventuellement le petit orifice 39 et le fonctionnement de l'amortisseur est similaire à celui décrit précédemment . Dans ce mode de réalisation, le dispositif est très compacte car la section utile du piston est maximale, en raison de l'absence de la tige. D'autre part, la tige étant remplacée par des pistons tubulaire ayant un moment d'inertie beaucoup plus grand, leur flambage est beaucoup moins critique et il n'est généralement pas nécessaire d'en tenir compte.
Une autre caractéristique avantageuse de l'invention est représentée schématiquement sur la figure 5. Ainsi, pour éviter un vase ou réservoir d'expansion extérieur au disOositif d'amortissement, comme représenté sous la référence 100 sur la figure 1, l'invention prévoit de ménager un réservoir 70 dans au moins un des pistons mobiles. Ce réservoir 70 est relié à au moins une desdites chambres 31, 32 par un petit conduit 71 avantageusement muni d'un clapet (non représenté) qui isole instantanément le réservoir 70 de la chambre à laquelle il est relié lorsque la pression dans cette dernière augmente au delà d'une valeur fixée d'avance. Ce réservoir 70 est partiellement ou totalement rempli d'un matériau compressible 72 adapté à se comprimer pour permettre une dilatation dudit produit fluide. Ce matériau compressible 72 peut par exemple être une mousse en matière plastique, par exemple un élastomère, compatible avec le produit fluide utilisé dans le dispositif. Cette mousse contient des cellules d'air fermé et est par conséquent très compressible. C'est donc ce réservoir 70 qui joue le rôle du vase d'expansion de manière très efficace et qui évite tout circuit hydraulique extérieur au dispositif.
Au montage du dispositif, le réservoir 70 est rempli de fluide tout comme les chambres 31 et 32. Le seul air contenu dans le réservoir est celui des cellules de la mousse 72. En service normal le dispositif n'est soumis à aucune pression interne significative. Lorsque la température du fluide augmente, il se dilate et grâce aux orifices qui relient la ou les chambres 31 et 32 au réservoir 70 du piston, le fluide, qui est globalement confiné, voit sa pression augmenter et, par conséquence, comprime l'air contenu dans les cellules de la mousse. Comme la dilatation du fluide est très lente, on peut considérer qu'elle se fait à température constante. L'augmentation de volume de fluide est ainsi du même ordre de grandeur que la compression de l'air des cellules. Il suffit que le volume de mousse soit suffisant pour que l'augmentation globale soit réduite à des valeurs tout à fait acceptable, de l'ordre de quelque bars au plus. Un autre avantage de ce mode de réalisation est qu'il ne comporte ni d ' évent ni de purge, et il permet donc l'installation et le fonctionnement du dispositif dans n'importe quelle position. Le clapet (non représenté) dont 5 est muni le conduit de communication 71 entre une des chambres 31, 32 et le réservoir 70 contenant la mousse, protège celui-ci ainsi que la mousse contre toute possible détérioration lorsque le dispositif fonctionne lors d'un séisme, auquel cas la pression des chambres peut atteindre
10 plusieurs centaines de bars.
Il est à noter que cette caractéristique avantageuse de supprimer le vase d'expansion extérieur s'adapte plus particulièrement aux modes de réalisation de l'invention représentés sur les figures 2 et 3, où le piston mobile
15 central 33 de l'amortisseur représenté sur la figure 1 est remplacé par un ou deux pistons 37, 38 de forme tubulaire. Le réservoir 70 peut dans ce cas être ménagé à l'intérieur de ce tube formant le ou les pistons 37 et 38, comme représenté sur la figure 5.
20 Le mode de réalisation de l'invention qui combine au maximum tous les avantages susmentionnés consiste donc en un dispositif d'amortissement oléodynamique réalisé selon l'un des modes de réalisation des figures 2 et 3, comportant une valve selon l'invention et incorporant un
25. vase d'expansion selon la figure 5. Il est à noter que l'exemple de réalisation du dispositif représenté sur la figure 4, qui montre de manière plus détaillée la valve 40, se rapporte plus particulièrement au mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 3,
30 puisque la paroi 33 n'est pas traversée par une tige. Il doit être clair que cette valve s'adapte également à tous les autres modes de réalisation de l'invention décrits précédemment .

Claims

Revendications
1.- Dispositif d'amortissement entre un premier et un second élément (10, 20) d'une structure de génie civil, adapté à amortir au moins partiellement des déplacements relatifs entre lesdits premier et second éléments de structure (10, 20) lors de mouvements rapides, ledit dispositif comportant un cylindre (30) fixe par rapport audit premier élément de structure (10) , définissant deux chambres (31, 32) renfermant un produit fluide et séparées par une paroi (33), au moins un piston mobile (33 ; 37, 38) pouvant coulisser dans ledit cylindre fixe (30) , ladite paroi (33) comportant au moins un passage (34) qui relie les deux chambres (31, 32) entre elles, caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins une valve bidirectionnelle (40) qui, au repos, obture ledit passage (34) et qui, lors d'une augmentation de la pression dans l'une desdites chambres (31, 32) en raison d'un mouvement rapide dudit second élément de structure (20) par rapport audit premier élément de structure (10) , ouvre ledit passage (34), permettant ainsi l'écoulement du fluide à forte pression d'une chambre à l'autre, ladite valve (40) étant sollicitée vers sa position fermée par un organe élastique (45) .
2.- Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ladite valve (40) comporte un piston de valve (41) coulissant dans un canal (42) , sensiblement perpendiculaire audit passage (34), entre une position fermée, où il obture de manière étanche ledit passage
(34), et une position ouverte, où il ouvre ledit passage
(34) , ledit piston (41) étant sollicité vers sa position fermée par un ressort (45) de pression réglable.
3.- Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit piston de valve (41) est sensiblement cylindrique et comporte à son extrémité, qui obture le passage (34) en position fermée, au moins une encoche (50) ouverte sur ledit passage (34) de sorte que lors d'une montée de pression dans l'une des chambres (31, 32), le piston de valve (41) ouvre ledit passage (34) contre la pression du ressort (45) par l'intermédiaire de la composante axiale de la force qui s'applique dans ladite au moins une encoche (50) .
4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le ressort (45) agit d'une part sur ledit piston de valve (41) et est solidaire, d'autre part, d'un premier organe de butée (43a) dont la position dans ledit canal (42) peut être fixée en fonction de la pression souhaitée du ressort (45) .
5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit canal (42) comporte un second organe de butée (43b) dont la position est réglable et qui se termine dans ledit passage (34) , le piston de valve (41) coopérant avec ledit second organe de butée (43b) en position fermée, la présence dudit second organe de butée (43b) formant ladite partie de diamètre réduit dans le passage (34) une partie de diamètre réduit qui détermine les performances d'amortissement par perte de charge du dispositif.
6.- Dispositif selon la revendication 5, dans lequel ledit passage (34) comporte au moins une partie de diamètre réduit qui détermine les performances d'amortissement par perte de charge du dispositif.
7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite paroi de séparation (33) des deux chambres (31, 32) comporte en outre un petit orifice (39) qui relie lesdites deux chambres (31, 32) entre elles de telle manière à permettre un déplacement relatif entre lesdits éléments de structure (10, 20) lors de mouvements lents.
8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite paroi (33) séparant les deux chambres (31, 32) est mobile par rapport audit cylindre fixe (30) et forme un piston mobile à l'intérieur dudit cylindre, ledit piston mobile (33) étant solidaire dudit second élément de structure (20) par l'intermédiaire d'une tige (60) .
9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ladite paroi (33) séparant les deux chambres (31, 32) est fixe par rapport audit cylindre (30) et chaque chambre (31, 32) est délimitée du côté opposé à ladite paroi par un piston mobile (37, 38) , au moins un desdits pistons mobiles (37, 38) étant solidaire dudit second élément de structure (20) .
10.- Dispositif selon la revendication 9, dans lequel un premier piston (38) desdits deux pistons mobiles (37, 38) est solidaire du second élément de structure (20) et l'autre piston mobile (37) est solidaire dudit premier piston (38) par l'intermédiaire d'une tige (60) qui traverse ladite paroi de séparation (33) des chambres (31, 32) .
11.- Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les deux pistons mobiles (37, 38) sont solidaires du second élément de structure. (20) et ne sont pas reliés l'un à l'autre.
12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un piston mobile (33 ; 37, 38) comporte un réservoir (70) relié à au moins une desdites chambres (31, 32) par un petit conduit (71), ledit réservoir (70) étant au moins partiellement rempli d'un matériau compressible (72) adapté à se comprimer pour permettre une dilatation dudit produit fluide.
13.- Dispositif selon la revendication 12, dans lequel ledit matériau compressible (72) est une mousse en matière plastique compatible avec ledit produit fluide.
14.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite structure de génie civil est un pont et lesdits premier et second éléments de structure (10, 20) peuvent être une culée, une pile ou un tablier de pont .
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